1 引言
器件制造商為適應工業(yè)界的需求，推出新型、高效、高可靠性的功率器件。新推出的1800v 400a npt結構的igbt，采用壓裝封裝技術，取消了焊接，實現(xiàn)低電感和結構密封。研制的主要出發(fā)點為提高可靠性和克服引線鍵合基板安裝器件的不足。新設計中，整個器件完全取消了引線鍵合和焊接。其內(nèi)部設計提供了這樣的可能性:在全部裝配好前，對單個芯片進行預測試。

最初，器件設計就是針對感應加熱等特殊需要時，那么器件可用于惡劣環(huán)境就很正常了。

新型npt芯片的設計優(yōu)化了接觸面，并集成了一個內(nèi)部電阻，不再需要獨立的分散的柵極電阻。新的金屬化過程保證了施壓后的高可靠性和突出的熱循環(huán)能力。

figure 1. new igbt chip and package design.

2 結構
2.1 平面的柵極分布結構
提出了新的igbt柵極互連方法:平面的柵極分布結構(圖2)，通過彈性銷栓實現(xiàn)和每個芯片的柵極互連。平面的柵極分布結構不僅消除了柵極和外部引出端之間的引線鍵合引起的問題，還降低了它們之間的電感。

figure 2. gate planer distribution system.

2.2 內(nèi)部結構
圖3所示為一只芯片的構成，體現(xiàn)了內(nèi)部結構的基本設計思想。圖中可見，沒有引線鍵合和焊點(全壓裝)。圖1中可看到igbt的每個組成部件，每只igbt(例如5個igbt芯片和2個二極管芯片)裝在同一個盒子里，這種安裝方法適用于高電壓大電流的器件。

figure 3. compressed view of chip locator.

2.3標準外形的密封封裝
圖4所示為工業(yè)標準陶瓷壓裝結構，與現(xiàn)有的機械系統(tǒng)兼容，可直接引入到igbt技術中去，不需要追加成本去設計冷卻系統(tǒng)。在特定的應用中，采用簡單的柵極驅(qū)動電路，可省去吸收電路，降低成本。陶瓷封裝保證了igbt的密封性，和晶閘管等類似，可用于泄油等惡劣環(huán)境。

figure 4. standard outline of capsule.

2.4 熱阻
壓裝器件的熱特性和同等級的基板組裝器件不同。壓裝器件雙面冷卻，散熱面積增加，穩(wěn)態(tài)熱阻小，動態(tài)熱阻有十倍以上的改善。無論是連續(xù)還是短時工作方式，在窄脈沖條件下，熱特性的改善減小了動態(tài)結溫，參見圖5。

figure 5. transient thermal impedance.

提高所施加的壓力，對器件熱阻有改善，但施加壓力的大小也取決于各自的熱循環(huán)要求。額定壓力和相同封裝大小的gto相近。

器件的機械結構實現(xiàn)了有效的熱接觸，保證了芯片之間的熱阻均衡，溫度均一。這種結構用于正溫度系數(shù)的npt芯片時，基本不會出現(xiàn)一個芯片溫度高于另一個芯片的情況。

2.5 熱循環(huán)
和基板組裝器件制造商公布的典型數(shù)據(jù)進行比較(圖6)，可看出壓裝器件的主要優(yōu)點是熱性能提高。在一些應用場合，可靠性也就提高。器件結溫大幅度變化，一般是由于所加的功率在變化。比如，公共交通工具的驅(qū)動、激光電源等都是重復工作方式。得益于壓裝器件熱性能的提高，它們的工作壽命延長。

figure 6. thermal cycling perbbbbance.

壓裝器件壽命加速測試實驗(結溫設為135℃)的結果令人鼓舞。器件樣品經(jīng)過了九萬次循環(huán)，沒有失效。這遠遠超過了iec和其它關于半導體在公共運輸事業(yè)等方面的使用標準的要求。

根據(jù)現(xiàn)有的估評和測試，圖6中的數(shù)據(jù)點表示沒有失效。但從結果可看出:壓裝igbt在可靠性方面比其他功率器件高。

2.6 分布電感
圖7是無焊壓裝器件和基板組裝器件分布寄生電感的簡化等效電路?？煽闯鲈跓o焊壓裝設計中，和每個芯片串聯(lián)的公共電感，它保證動態(tài)條件下，每個芯片承受相同的電壓。而基板組裝器件中，復雜的分布電感將導致動態(tài)電壓不均衡。

figure 7. distributed inductance in igbt package.

對于基板組裝器件，電流越大，芯片越多，分布電感不同的程度越明顯。無焊壓裝器件有著相同的分布電感。在大電流情況下，使用無焊壓裝器件是很好的選擇。

和相同等級的基板組裝器件比較, 壓裝器件的總電感小, 可允許較大的外部電感存在。由于這個特點, 壓裝器件工作在開關方式時, 沒有吸收電路, 也不會感應出過電壓。圖8給出了本文介紹的400a/1800v igbt的典型的開關特性。

figure 8. typical switching wavebbbbs 400a 1800v igbt.

3 串聯(lián)工作和失效模式
壓裝器件的一些可開發(fā)的特性是對前文已介紹過的特性的補充。設計時，其短路失效特性可謂一個優(yōu)點，這使器件能串聯(lián)工作。當某個芯片失效時，有冗余芯片來保持器件正常工作。
器件容易實現(xiàn)串聯(lián)工作，可選用低壓器件從而減小系統(tǒng)損耗和提高頻率。

壓裝igbt有著陶瓷封裝器件相同的擊穿〔絕緣〕特性, 可承受線性濾波電容的放電沖擊，防止因此引起的設備損壞。

參考文獻
(略)